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儀器網(wǎng)/ 應用方案/ 筑牢防汛丨數(shù)字化升級劉家峽大壩強震動結構臺陣

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劉家峽水電站位于甘肅省永靖縣,距蘭州市約100km。壩型為整體式砼重力壩,ZD壩高147米,庫容57億立方米,裝機容量1350MW,是我國自行設計、建造、施工的DY座百萬千瓦以上的大型水電站。

1967年ZG科學院工程力學研究所在大壩內(nèi)建設了模擬記錄式強震動觀測臺陣,并于1970年9月移交給蘭州地震大隊(后為甘肅省地震局)進行運行維護,2016年在大壩內(nèi)1690米高度增加一套新型數(shù)字記錄強震儀。

由于大壩內(nèi)部強震動觀測臺服役時間較長,出現(xiàn)了設備老化、通信中斷、技術落后等問題,已無法滿足ZX數(shù)字化強震動觀測要求。因此,2020年劉家峽水電廠啟動了大壩強震動監(jiān)測臺網(wǎng)建設項目。

此項目由歐美大地科技集團下屬的歐美大地儀器設備ZG有限公司和北京數(shù)泰科技有限公司共同完成。此次大壩強震動監(jiān)測臺網(wǎng)建設項目計劃將大壩舊臺陣更換為先進的多通道數(shù)字記錄儀,并在壩體上安裝13套三分量力平衡加速度計,同時優(yōu)化光纖通信線路,以滿足大壩強震動觀測相關規(guī)范要求。

01

項目規(guī)劃

此次項目主要是對大壩強震動臺網(wǎng)的建設和更新優(yōu)化,工程內(nèi)容主要包括:

  • 13個AC-73三分量力平衡加速度計的安裝;
  • 加速度計至5樓▽1690強震動觀測房的線纜鋪設;
  • 線纜防護工程。

AC-73三分量力平衡加速度計的布局

樓層

安裝位置

布設數(shù)量

/

主壩壩頂▽1739下游側

5

5樓

▽1690m廊道內(nèi)

4

5樓

▽1690m強震動觀測房內(nèi)

1

4樓

▽1673m廊道內(nèi)

1

3樓

▽1660m廊道內(nèi)

1

1樓

▽1615m廊道內(nèi)

1

所有電纜使用絕緣鍍鋅套管進行保護。壩頂▽1739上增設的5個三分量力平衡加速度計均使用鑄鋁防護盒和防水接頭進行保護。并采用fora多通道數(shù)據(jù)采集儀進行數(shù)據(jù)采集。

AC-73

AC-73傳感器是一款為寬頻地震監(jiān)測設計的真正的機電系統(tǒng)三向加速度計,所有監(jiān)測應用都需要高靈敏度的、堅固的傳感器,且要求維護Z少,定期測試方法簡單。應用于寬頻地震,天然地震,結構測量和監(jiān)測等。已通過ZG地震局組織的地震監(jiān)測專業(yè)設備定型。

fora

結構健康和響應監(jiān)測、天然和人工地震監(jiān)測、環(huán)境振動測試、誘發(fā)振動監(jiān)測和通告、儀器符合建筑規(guī)范、地震警報和安全停機。

02

項目施工

在所有準備工作就緒后,自6月1日起歐美大地的項目工程師開始正式施工。施工內(nèi)容包括13個強震動觀測臺站的布設,此項工作分為三個部分:

  • 7樓壩頂1739米高度布設5個臺站;
  • 5樓強震動觀測房所在廊道1690米高度布設5個臺站;
  • 4樓1673米高度、3樓1660米高度、1樓1615米高度廊道內(nèi)分別布設1個臺站。

以及對舊觀測臺、原通信電纜及觀測間進行拆除和維修換新等工作。

傳感器電纜截取

傳感器(三分量力平衡加速度計AC-73)電纜截取。按照前期踏勘測量要求,分別對13個測點所需的電纜長度進行再次核實,每根12芯瑞士GeoSIG原廠電纜均留有15米左右冗余,確保從5樓強震動觀測房到各觀測臺站的電纜長度充足。

傳感器電纜穿套管

根據(jù)各觀測臺站截取的電纜長度,分別對其進行穿管處理。套管選用鍍鋅可彎曲金屬管,外包黑色絕緣膠皮,并在套管連接處用防水膠帶加以防護。

電纜布線

5樓1690米廊道的4個觀測臺站(另外1個8號臺站在強震動觀測房內(nèi)部,直接電纜連接)直接沿原電纜走線貼壁(線管卡扣固定)匯聚到電纜豎井上方的橋架,進入強震動觀測房。

4樓1673米高度、3樓1660米高度、1樓1615米高度廊道內(nèi)的3個觀測臺站,通過電纜豎井往上走線,到達5樓1690米后,也進入同一橋架,ZZ進入強震動觀測房。7樓1739米壩頂?shù)?個觀測臺站,則通過大壩樓梯間,打孔下穿(PVC管固定)到5樓1690米,通過橋架進入強震動觀測房。

觀測臺站的傳感器安裝

傳感器安裝要求Y軸指向真北方向,用尋北儀逐個確定好安裝方向,做好標記后開始安裝。


每個AC-73三分量力平衡加速度計均有12芯針腳,需要將上面拉到各觀測臺站附近的電纜進行壓線處理后,連接到AC-73的接線端子上,并用萬用表測試連通性。AC-73通過M8單螺栓和三個調平螺栓進行固定。AC-73本身具有IP65的防塵防水等級,無需特別防護。

5樓1690米廊道的4個觀測臺站(另外1個8號臺站在強震動觀測房內(nèi)部,直接安裝在地表混凝土臺面上),4樓1673米高度、3樓1660米高度、1樓1615米高度廊道內(nèi)的3個觀測臺站均直接安裝在原有的觀測間內(nèi)。

//廊道觀測間內(nèi)改造前后對比

// 一樓1615米廊道觀測間前后對比

7樓1739米壩頂?shù)?個觀測臺站,因為踏勘時原設計的安裝點位安裝了瓷磚面板,需要切割瓷磚,進行挖孔后打磨平整,再安裝AC-73,ZH加上鑄鋁防護罩,地表結合處用防水膠處理,做必要的防水保護工作。

強震動觀測房內(nèi)多通道數(shù)據(jù)采集儀fora安裝

將13根進線電纜分別壓線做好針腳后,連接到fora的接線端子上。fora采用多路冗余供電,機柜內(nèi)置2塊50Ah蓄電池,并與擁有3塊100Ah蓄電池的UPS相連接,再接入機房AC端。

傳感器觀測間安裝不銹鋼門

5樓1690米廊道的4個觀測間(另外1個8號臺站在強震動觀測房內(nèi)部,無觀測間),4樓1673米高度、3樓1660米高度、1樓1615米高度廊道內(nèi)的3個觀測間,將原有鐵皮門拆除,重新安裝不銹鋼門。同時重新安裝7樓1739米壩頂因從樓梯間布線而拆除的窗戶一扇。

//觀測間改造前后對比

通信光纖維護

fora采用網(wǎng)絡通信,通過光纖將數(shù)據(jù)分別發(fā)送至電廠的大壩安全ZX和甘肅省地震局。其中電廠的大壩安全監(jiān)測ZX需要將原4樓機房搬至1樓,在4樓進行熔纖處理后,延長光纖通過樓頂下放到對面1樓新機房內(nèi)。

03

設備調試及運行

通過瀏覽器查看/修改多通道數(shù)據(jù)采集儀fora的配置信息。并進行觸發(fā)、通道、傳輸服務器等功能設置。


設置結束后,進行觸發(fā)測試,下圖為6號臺站觸發(fā)的結果示意圖。


由于壩頂1-5號臺站安裝在防護盒內(nèi),人為觸發(fā)較為困難,下圖為3號臺站震動實時波形。



系統(tǒng)選用GeoDAS軟件接收實時數(shù)據(jù)流,以及系統(tǒng)狀態(tài)、日志等其他信息,并通過設置,將實時的加速度數(shù)據(jù)通過雙重積分轉化為位移數(shù)據(jù),經(jīng)濾波后導入到GeoSMART實時結構健康監(jiān)測軟件中。從而實時顯示頻率組成、頻率時程、反應譜、層間位移角等系統(tǒng)參數(shù),并實現(xiàn)報警功能。

歐美大地與瑞士GeoSIG深度合作,實施了多項結構和震動監(jiān)測項目,如大理市經(jīng)開區(qū)高層建筑結構健康監(jiān)測項目。在項目實施過程中,積累了豐富的安裝調試及施工經(jīng)驗,綜合考慮各工程實際情況,保質、保量、保時完成各項任務。


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